摘要
具有类似于皮肤的模量的导电水凝胶在健康监测和人机界面系统中蓬勃发展。然而,开发具有自修复和可调力电性能的导电水凝胶仍然是一个问题。
重庆大学Ping Wang,北京科技大学Lu-Qi Tao(通讯作者)团队通过将丝胶蛋白改性的碳纳米管 (SS@CNTs) 掺入海藻酸钠 (SA) 和聚乙烯醇 (PVA) 中,利用氢键交联策略。合成的水凝胶具有理想的拉伸强度和自修复能力(断裂强度的自修复效率为 67.2%),组装成具有0.5 % 的低检测限和 4.75 (0-17%) 的测量因子 (GF) 的应变传感器。此外,所制备的水凝胶对微小的压力变化表现出高度敏感性,可以识别复杂的笔迹。值得注意的是,由此产生的水凝胶具有自供电特性,可产生高达 215V 的电压并照亮100 个商用绿色 LED。这项工作源于对多功能水凝胶在人体运动传感和能量收集方面具有前瞻性应用的迫切需求。相关成果以“Tunable mechanical, self-healing hydrogels driven by sodium alginate and modified carbon nanotubes for health monitoring”为题发表在《Carbohydrate Polymers》上。
图文导读
图 1. PSSC 水凝胶的制备过程和演示图。
图 2. 水凝胶的表征。
图 3. 水凝胶的力学行为。
图 4. PS0.2SC0.14水凝胶通过电气和机械方式自愈。
图 5. PSSC 水凝胶的传感性能。
图 6. PS0.2SC0.14-TENG的工作原理和输出性能。
小结
总之,本文描述了一种含有SS@CNTs 的多功能水凝胶,可以扩展到各种便携式和可穿戴设备中的应用。获得的水凝胶具有高拉伸性(应变> 500%)和拉伸强度(120 kPa),表明它与人体皮肤形成良好的保形接触。通过采用非共价改性碳纳米管赋予水凝胶更高的韧性和灵敏度,有效地将外部输入(压力或应变)转换为动态电信号,以证明传感能力。除此之外,官能团的存在赋予了水凝胶自愈能力和可调节的机械能力。因此,该工作可以使这些领域受益,包括智能机器人、健康监测和人机界面,以及作为自供电传感器和能量收集器的平台。
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